La melatonina (MEL) è classifcata come una molecola conservata filogeneticamente con una distribuzione onnipresente dai batteri fotosintetici primitivi alle piante superiori, comprese le alghe e i funghi. Poiché la MEL è implicata in numerosi processi di sviluppo delle piante e risposte allo stress, l’esplorazione delle sue funzioni nella pianta è diventata un campo in rapida evoluzione con il nuovo paradigma di coinvolgimento nella crescita e nello sviluppo delle piante. Il coinvolgimento pleiotropico del MEL nella regolazione delle trascrizioni di numerosi geni conferma il suo coinvolgimento vitale come molecola multi ‐ regolatrice che stimola molti aspetti dello sviluppo delle piante. Tuttavia, la ricerca sulle piante è ancora preliminare e frammentaria in termini di funzioni accertate rispetto a quanto si conosce sulla fisiologia MEL negli animali. Ciò supporta la necessità di una revisione completa che riassuma i nuovi aspetti relativi al suo ruolo funzionale nella fotosintesi, nelle interazioni fitormonali sotto stress, nella segnalazione redox cellulare, insieme ad altri ruoli regolatori nell’immunità delle piante, fitorisanamento e interazioni microbiche delle piante. Sebbene la fitomelatonina sia un regolatore sovrano della crescita delle piante che può interagire con le funzioni di altri regolatori della crescita delle piante o ormoni, la sua classificazione come fitormone completo deve ancora essere accertata.
La melatonina (MEL, N ‐acetil ‐ 5 ‐ metossitriptamina) è una molecola coinvolta nella regolazione di numerosi processi biologici delle piante tra cui la germinazione dei semi, la crescita vegetativa, la fioritura, la senescenza e le risposte allo stress. Mentre la ricerca attiva sulla MEL è stata avviata dopo la sua scoperta nella ghiandola pineale dei mammiferi nel 1958, la ricerca MEL sulle piante è stata avviata circa due decenni fa dopo la sua identificazione nelle piante nel 1995. Ad oggi, la MEL è risultata essere presente in batteri, alghe, protozoi, invertebrati, mammiferi e piante. Nei mammiferi, il MEL è sintetizzato dalla ghiandola pineale. Tuttavia, anche il midollo osseo, il tratto digerente, la retina e le cellule del sistema immunitario sono coinvolti nella sua biosintesi. Relativamente alla sua essenzialità negli animali, MEL è coinvolto nella regolazione dei ritmi circadiani, temperatura corporea, umore, sonno, retina fisiologia, comportamento sessuale, nonché immuno modulazione e risposte protettive cellulari.
L’esistenza di MEL è stata confermata in più di 140 specie vegetali diverse. Le concentrazioni di fitomelatonina nelle piante di solito sono di alcuni microgrammi per grammo di tessuto con le concentrazioni più elevate che si verificano negli organi riproduttivi, come fiori e semi; tuttavia, i suoi livelli differiscono tra le specie e anche tra varietà delle stesse specie vegetali. Negli ultimi anni, la ricerca sui funghi di questa molecola ha stimolato l’interesse della comunità scientifica evidenziando come il MEL è fondamentale per lo sviluppo degli organi, la struttura delle radici, la fotosintesi, la senescenza, la difesa e la risposta allo stress nelle piante. Considerando le somiglianze funzionali del MEL con diversi fitormoni, regolatori di crescita delle piante (PGR) e biomolecole, si ipotizza spesso che il crosstalk tra fitomelatonina e altre molecole di segnalazione esista nella regolazione di un ampio spettro di processi di crescita e sviluppo delle piante.
METABOLISMO NELLE PIANTE
La presenza e il coinvolgimento della MEL in diversi processi fisiologici vegetali sono un campo di ricerca in rapido sviluppo. È interessante notare che le piante hanno dimostrato di possedere un alto contenuto di fitomelatonina, insieme alla presenza degli enzimi coinvolti nella sua biosintesi. A differenza degli animali, le piante hanno due organelli, cioè mitocondri e cloroplasti per la sintesi della fitomelatonina. In condizioni normali, mitocondri e cloroplasti sono continuamente esposti alla reazione con l’ossigeno (ROS) e sono prodotte incessantemente, a causa del loro coinvolgimento rispettivamente nella respirazione e nella fotosintesi. Pertanto, la capacità delle piante di produrre fitomelatonina in organelli doppi stimola il vivo interesse degli scienziati a comprendere l’interazione di fitomelatonina e ROS in diversi processi nei compartimenti subcellulari. Le piante sembrano possedere due percorsi diversi per la biosintesi della fitomelatonina. Nella via classica, la biosintesi MEL opera tramite un triptofano-triptamina-serotonina- N -acetilserotonina-MEL in condizioni di crescita normali. L’altro percorso sintetico, per la produzione di fitomelatonina, è indicato come un percorso alternativo e l’ordine di biosintesi MEL è triptofano-triptamina-serotonina-5-metossitriptamina-MEL e opera a livelli elevati di serotonina.
MEL AUMENTA LA FOTOSINTESI, LA PIGMENTAZIONE E LA RESA DEL PRODOTTO NELLE PIANTE
Le piante effettuano la fotosintesi per convertire l’energia luminosa in energia chimica che viene successivamente utilizzata per la loro crescita e sviluppo. Gli stress abiotici, come la siccità, il freddo e la luce intensa, le temperature elevate insieme all’avvelenamento da metalli pesanti, possono provocare la distorsione della catena di trasporto degli elettroni (ETC), portando alla foto-ossidazione e alla riduzione sequenziale dell’efficienza fotosintetica nelle piante. In breve, la sopravvivenza, la crescita e lo sviluppo delle piante dipendono fondamentalmente dal funzionamento della clorofilla. Nel contesto di questo processo la melatonina allevia i danni ossidativi prodotti dallo stress nelle piante, potenziando la capacità antiossidante complessiva degli organelli e modulando l’espressione di geni reattivi allo stress, come i fattori di legame ripetitivo C ( CBF ) per aumentare la resistenza nelle piante quando sono sottoposte a diversi fattori di stress abiotici. E’ evidente, come il coinvolgimento di fitomelatonina nel sistema vitale delle piante sia fondamentale e risolutivo nei meccanismi di risposta e difesa. Ad esempio, l’applicazione del MEL induce in modo significativo la crescita delle piante, stimola l’assimilazione fotosintetica del carbonio e promuove la salvaguardia delle proteine cellulari. Allo stesso modo, sono stati intrapresi diversi studi di supporto per confermare la partecipazione attiva di MEL nel potenziamento dell’efficienza fotochimica della PSII nelle piante. Gli stomi sono i passaggi principali per lo scambio di gas nelle foglie delle piante e svolgono un ruolo fondamentale nella fotosintesi e nella respirazione. L’applicazione di MEL porta a una migliore conduttanza stomatica nella mela e nell’uva. Inoltre, il pretrattamento MEL aumenta la lunghezza e la larghezza dello stoma e regola la sua apertura nelle piante stressate migliorando sequenzialmente la conduttanza stomatica e la capacità fotosintetica. E’ interessante notare che il trattamento MEL su melo vita la diminuzione dei livelli di carotenoidi e di clorofilla durante la senescenza fogliare. Inoltre, il contenuto di azoto, le proteine solubili totali e il contenuto di Rubisco aumentano nelle piante esposte a MEL. Nel riso, il trattamento con MEL provoca una significativa riduzione della degradazione della clorofilla, insieme alla soppressione delle trascrizioni dei geni correlati alla senescenza.
Una migliore qualità del seme è il fattore più importante per definire un buon raccolto. Metodologie diverse come la pre-semina potrebbero contrastare in modo significativo malattie e parassiti, nonché la vitalità e il vigore dei semi. Esperimenti e prove dimostrano che i semi esogeni innescati da MEL mostrano un miglior vigore e una germinazione ottimale con una migliore crescita della piantina. Semi di cetriolo ‐ innescato con osmo ( Cucumis sativus L.) e semi di mais ( Zea mays L.) con idro-innesco con MEL hanno mostrato un incremento sulla vitalità del seme. Inoltre, studi di valutazione sul campo dimostrano che il pretrattamento MEL di cetriolo, mais e fagiolo verde ( Vigna radiataL.) stimola una crescita maggiore. I semi di mais, fagiolo verde e cetriolo erano più sviluppati, avevano una copertura vegetale più elevata insieme a una resa superiore quando trattati con MEL.
